KR101921348B1 - Lithium ion cell having improved aging behavior - Google Patents

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Abstract

본 발명은 포메이션된 2차 전기화학적 전지와 관련되며, 상기 전지는 리튬을 이온의 형태로 가역적으로 혼입 및 방출할 수 있는 금속 화합물을 함유하는 적어도 하나의 양극, 리튬을 이온의 형태로 가역적으로 혼입 및 방출할 수 있는 탄소 화합물 및/또는 리튬과 합금화될 수 있는 금속 및/또는 반-금속을 함유하는 적어도 하나의 음극, 리튬 이온이 적어도 하나의 양극과 적어도 하나의 음극 사이에 이동할 때 통과할 수 있는 전해질, 및 전해질에서의 혼입 또는 방출 프로세스를 위해 이용 가능한 이동 리튬을 포함하고, 리튬을 흡수하기 위한 적어도 하나의 음극의 용량이 적어도 하나의 양극의 용량보다 크고, 적어도 하나의 음극은, 전지에 함유된 전체 이동 리튬을 흡수하기 위해 필요한 용량보다 큰 용량을 갖고, 상기 이동 리튬은 리튬을 흡수하기 위한 적어도 하나의 양극의 용량을 초과하는 양으로 전지에 함유된다. 본 발명은 이러한 전지를 적어도 한 개 갖는 배터리와, 이러한 배터리를 제작하기 위한 방법에 관한 것이기도 하다. The present invention relates to a formed secondary electrochemical cell comprising at least one positive electrode containing a metal compound capable of reversibly incorporating and releasing lithium in the form of ions, lithium reversibly incorporated in the form of ions And at least one negative electrode containing a releasable carbon compound and / or a metal and / or a semi-metal that can be alloyed with lithium, a negative electrode capable of passing when lithium ions move between at least one positive electrode and at least one negative electrode Wherein the capacity of at least one cathode for absorbing lithium is greater than the capacity of at least one anode and wherein at least one of the cathodes is in contact with the electrolyte, Having a capacity greater than the capacity required to absorb the total mobile lithium contained therein, said mobile lithium being capable of absorbing lithium Is contained in the battery in an amount exceeding the capacity of at least one positive electrode. The present invention also relates to a battery having at least one such battery and a method for manufacturing such a battery.

Description

개선된 노화 거동을 갖는 리튬 이온 전지{LITHIUM ION CELL HAVING IMPROVED AGING BEHAVIOR}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a lithium ion battery having improved aging behavior,

본 발명은 2차 전기화학적 전지에 관한 것이며, 적어도 하나의 이러한 전지를 포함하는 배터리와 이러한 배터리를 제작하기 위한 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a secondary electrochemical cell and relates to a battery comprising at least one such battery and a method for manufacturing such a battery.

"배터리(battery)"라는 용어는 본래, 하우징 내에 직렬로 연결된 복수의 전기화학적 전지를 의미했다. 그러나 오늘날에는 단일 전기화학적 전지가 종종 배터리라고 지칭된다. 배터리의 방전 동안, 2개의 전기적으로 연결된, 그러나 물리적으로는 분리된 부분반응(subreaction)으로 구성된 에너지-공급 화학 반응이 발생한다. 비교적 낮은 산화 환원 전위(redox potential)에서 발생하는 하나의 부분반응은 음극(negative electrode)에서 진행되고, 비교적 높은 산화 환원 전위에서 발생하는 부분반응은 양극(positive electrode)에서 진행한다. 방전 동안 산화 프로세스에 의해 전자는 음극으로부터 유리(liberation)되고, 이는 외부 부하를 통해 양극으로의 전자의 흐름을 야기하며, 이는 대응하는 양의 전자를 흡수한다. 따라서 환원 프로세스가 양극에서 발생한다. 동시에, 전지 내에서 전극 반응에 대응하는 이온 전류(이온 current)가 발생한다. 이 이온 전류는 이온-전도성 전해질을 이용해 얻어진다. 2차 전지 및 배터리에서, 이 방전 반응은 가역적이며, 따라서 방전 동안 발생하는 화학 에너지의 전기 에너지로의 변환을 반전시키는 것이 가능하다. 애노드(anode) 및 캐소드(cathode)라는 용어가 본원에서 사용될 때, 일반적으로 전극의 명칭은 그들의 방전 기능에 따라 정해진다. 이러한 전지에서, 따라서 음극이 애노드이고, 양극이 캐소드이다. The term " battery " inherently refers to a plurality of electrochemical cells connected in series within the housing. Today, however, a single electrochemical cell is often referred to as a battery. During the discharge of the battery, an energy-supplying chemical reaction consisting of two electrically connected, but physically separated, subreactions occurs. One partial reaction that occurs at a relatively low redox potential proceeds at the negative electrode and a partial reaction at the relatively high redox potential proceeds at the positive electrode. During the discharge, the electrons are liberated from the cathode by the oxidation process, which causes the flow of electrons through the external load to the anode, which absorbs the corresponding amount of electrons. Therefore, the reduction process occurs at the anode. Simultaneously, an ion current (ion current) corresponding to the electrode reaction is generated in the cell. This ion current is obtained using an ion-conducting electrolyte. In secondary batteries and batteries, this discharge reaction is reversible and therefore it is possible to reverse the conversion of chemical energy generated during discharge into electrical energy. When the terms anode and cathode are used herein, the names of the electrodes are generally determined according to their discharge function. In this battery, therefore, the cathode is the anode and the anode is the cathode.

방전 상태에 따라 크게 달라지는 전지의 추출 가능한 전하는 용량(단위, Ah)이라고 일컬어진다. 비전하(specific charge)(단위 Ah/Kg) 또는 전하 밀도(단위 Ah/L)는 단위 질량 또는 부피당 유리된 또는 수신된 전자 및/또는 이온의 수를 위해, 따라서 전극 및 배터리의 저장 용량을 위해 측정된다. 따라서 이러한 맥락에서 역시 단위 Ah/kg로 지시되는 전극 및 배터리의 비용량(specific capacity)이 참조된다. 고 비전하 또는 전하 밀도의 전극 물질과 함께, 음극과 양극 사이의 큰 전위 차이가 비에너지(specific energy)(단위 Wh/kg) 또는 에너지 밀도(단위 Wh/L)에 대해 높은 값을 야기한다. 배터리를 동작시킬 때, 배터리 내부에서 전자 이동(electron transfer) 및 이온 이동(ion transfer)의 속도(rate), 특히, 전극 내 상 계면(phase interface)에서의 이온 이동의 속도가 전력을 제한하다. 이와 관련된 배터리의 관련 속성은 핵심 수치 비전력(specific power)(단위 W/kg) 및 전력 밀도(단위 W/l)로부터 취해질 수 있다. The dischargeable charge of the battery, which greatly varies depending on the discharge state, is referred to as the capacity (unit, Ah). The specific charge (unit Ah / Kg) or the charge density (unit Ah / L) can be calculated for the number of free or received electrons and / or ions per unit mass or volume, . In this context, therefore, reference is also made to the specific capacity of the electrode and battery, also indicated in units of Ah / kg. The large potential difference between the cathode and the anode causes a high value for specific energy (unit Wh / kg) or energy density (unit Wh / L), together with electrode material with high specific charge or charge density. When operating a battery, the rate of electron transfer and ion transfer inside the battery, in particular, the rate of ion movement at the phase interface in the electrode, limits the power. The associated properties of the battery can be taken from the core specific power (unit W / kg) and power density (unit W / l).

2차 전지 및 배터리 중에서, 리튬 이온 배터리는 비교적 높은 에너지 밀도를 얻는다. 이들 배터리는 일반적으로, 전기화학적 비활성 성분과 함께 전기화학적 활성 성분을 포함하는 복합 전극을 가진다. 리튬 이온 배터리에 대한 가능한 전기화학적 활성 성분(종종 활물질이라고 일컬어짐)은 원칙적으로는 리튬 이온을 흡수하고 이들을 다시 방출하는 모든 물질이다. 이와 관련해, 음극에 대해, 특히 탄소를 기반으로 하는 입자, 가령, 리튬을 인터칼레이트(intercalate)할 수 있는 흑연질 탄소 또는 비-흑연질 탄소 물질이 최신 기술이다. 덧붙이자면, 또한 리튬과 합금화될 수 있는 금속성 또는 반-금속성(semi-metallic) 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 주석, 안티모니, 및 실리콘 원소가 리튬과 금속간 상(intermetallic phase)을 형성할 수 있다. 양극에 대해, 현재 산업적으로 적용되는 활물질은 리튬 코발트 옥사이드 (LiCoO2), LiMn2O4 스피넬 (LiMn2O), 리튬 철 포스페이트 (LiFePO4) 및 유도물, 가령, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 또는 LiMnPO4를 포함한다. 일반적으로 모든 전기 화학적 활물질은 입자의 형태로 전극에 함유된다. Among secondary batteries and batteries, lithium ion batteries have a relatively high energy density. These batteries generally have a composite electrode comprising an electrochemically active component together with an electrochemically inactive component. Possible electrochemically active components (often referred to as active materials) for lithium ion batteries are, in principle, all materials that absorb and release lithium ions. In this regard, graphite carbon or non-graphitic carbon materials which are capable of intercalating lithium, especially carbon based particles, for example lithium, are the latest technologies. In addition, metallic or semi-metallic materials that can be alloyed with lithium may also be used. For example, tin, antimony, and silicon elements can form an intermetallic phase with lithium. For the anode, the presently industrially applicable active material is lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), LiMn 2 O 4 spinel (LiMn 2 O), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) and derivatives, such as LiNi 1/3 Mn 1 / 3 Co 1/3 O 2 or LiMnPO 4 . In general, all electrochemical active materials are contained in the electrode in the form of particles.

전기화학적 비활성 성분으로서, 다른 무엇보다, 전극 바인더(electrode binder) 및 전류 집전체(current collector)를 일컬을 수 있다. 전자가 전극으로부터 전류 집전체를 통해 공급되거나 방전된다. 한편, 전극 바인더는 전극의 기계적 안정성을 보장하고, 다른 한편으로는, 전기화학적 활물질을 구성하는 입자들의 서로에 대한, 그리고 전류 집전체에 대한 접촉을 보장한다. 마찬가지로 포괄적 용어 "전기화학적 비활성성분"에 포함될 수 있는 전도율-개선 첨가제가 전류 집전체와 전기화학적 활성 입자의 개선된 전기적 접촉에 기여할 수 있다. 모든 전기화학적 비활성 성분은 적어도 각자의 전극의 전위 범위 내에서 전기화학적으로 안정해야 하고, 또한 공통 전해질 용액에 대해 화학적으로 비활성이어야 한다. 공통 전해질 용액은 유기 용매, 가령, 탄산의 에테르 및 에스테르 내 리튬 염, 가령, 리튬 헥사플루오로포스페이트의 용액이다. As an electrochemically inactive component, among other things, it can refer to an electrode binder and a current collector. Electrons are supplied or discharged from the electrodes through the current collector. On the other hand, the electrode binder ensures the mechanical stability of the electrode and, on the other hand, ensures contact of the particles constituting the electrochemical active to each other and to the current collector. Likewise, the conductivity-enhancing additive, which can be included in the generic term " electrochemically inactive component ", can contribute to improved electrical contact of the current collector and electrochemically active particles. All electrochemically inactive components must be electrochemically stable at least within the potential range of their respective electrodes and chemically inert to the common electrolyte solution. The common electrolyte solution is an organic solvent, e. G., An ether of carbonic acid and a lithium salt in the ester, e. G., A solution of lithium hexafluorophosphate.

음극용으로 앞서 언급된 탄소계 활물질은 가역적인 최대 ca. 372Ah/kg의 비용량을 가능하게 한다. 심지어 리튬과 합금화될 수 있는 상기의 금속성 또는 반-금속성 물질에 의해 최대 4200Ah/kg의 훨씬 더 큰 저장 용량이 나타난다. 이와 달리, 앞서 언급된 캐소드 물질의 용량은 110Ah/kg 내지 250Ah/kg의 범위에 불과하다. 따라서, 가장 최적의 방식으로 전극의 실제 용량에 부합하기 위해, 양(quantity) 측면에서, 양극과 음극의 물질의 균형을 이루기 위한 시도가 이뤄진다. The above-mentioned carbon-based active material for a negative electrode has a reversible maximum ca. Enabling a specific capacity of 372 Ah / kg. Even higher storage capacities of up to 4200 Ah / kg are exhibited by the abovementioned metallic or semi-metallic materials which can be alloyed with lithium. Alternatively, the aforementioned capacity of the cathode material is only in the range of 110 Ah / kg to 250 Ah / kg. Thus, in order to meet the actual capacity of the electrode in the most optimal manner, an attempt is made to balance the material of the anode and the cathode in terms of quantity.

이러한 맥락에서, 2차 리튬 이온 전지의 첫 번째 충전/방전 사이클(이른바, 포메이션(formation)) 동안, 커버 층(cover layer)이 애노드 내 전기 화학적 활물질의 표면 상에서 생성되는 것이 특히 중요하다(D. Aurbach, H. Teller, M. Koltypin, E. Levi, Journal of Power Sources 2003, 119-121, 2 참조). 상기 커버 층은 "고체 전해질 계면막(SEI: Solid Electrolyte Interphase)"라고 일컬어지며, 일반적으로 주로 전해질 증착 산물뿐 아니라, 추가 충전/방전 반응에 대해 더 이상 이용 가능하지 않은 특정 양의 리튬으로 구성된다. 이상적으로, SEI는 극히 소량의 리튬 이온에 대해서만 침투성이며, 전해질 용액이 애노드 내 전기화학적 활물질에 추가로 직접 접촉하는 것을 막는다(B.V. Ratnakumar, M.C. Smart, S. Surampudi, Journal of Power Sources 2001, 97-98, 137 참조). 지금까지, SEI의 생성은 긍정적인 효과를 가졌다. 그러나 상기 SEI-생성으로 인한 이동 리튬(mobile lithium)의 손실은 부정적인 영향을 미친다. 보통, 첫 번째 충전 프로세스 동안, 적용되는 활물질 및 전해질 용액의 유형과 양에 따라 이동 리튬의 대략 10% 내지 35%의 손실이 존재한다. 이와 마찬가지로 달성 가능한 용량이 상기 퍼센트율만큼 감소한다. 애노드와 캐소드의 균형을 이룰 때 포메이션(formation)으로 인한 이러한 손실이 고려되어야 한다. In this context, it is particularly important for the cover layer to be formed on the surface of the electrochemical active material in the anode during the first charge / discharge cycle (so-called formation) of the secondary lithium ion battery (D. Aurbach, H. Teller, M. Koltypin, E. Levi, Journal of Power Sources 2003, 119-121, 2). The cover layer is referred to as a " Solid Electrolyte Interphase " (SEI) and is typically composed primarily of electrolyte deposition products as well as a certain amount of lithium that is no longer available for further charge / discharge reactions . Ideally, the SEI is permeable only to very small amounts of lithium ions and prevents further direct contact of the electrolyte solution with the electrochemical active material in the anode (BV Ratnakumar, MC Smart, S. Surampudi, Journal of Power Sources 2001, 98, 137). So far, the creation of SEI has had a positive effect. However, the loss of mobile lithium due to the SEI-generation has a negative effect. Typically, during the first charging process, there is a loss of approximately 10% to 35% of moving lithium depending on the type and amount of active material and electrolyte solution applied. Likewise, the achievable capacity decreases by the percentage rate. This loss due to formation must be taken into account when balancing the anode and cathode.

일반적으로 후속하는 사이클 동안, 각각 소량의 리튬 손실만 존재한다. 그러나 더 많은 횟수의 사이클 후, 상기 소량의 리튬 손실은 중요해지며, 심지어 전지 노화(cell aging)의 가장 중요한 파라미터가 될 수 있다(J. Vetter, P. Novak, M.R. Wagner, C. Veit, K.-C. Moller, J.O.

Figure 112013048053581-pct00001
Besenhard, M. Winter, M. Wohlfahrt-Mehrens, C. Vogler, A. Hammouche, Journal of Power Sources, 2005, 269-281, 147 참조). 전기화학적 활물질의 표면 상의 SEI 층의 두께는 점점 더 증가하며, 종종 전지 임피던스의 상당한 증가를 초래한다. 이에 추가로, 이동 리튬의 증가하는 손실이 고려되어야 한다. 이러한 효과는 영향 받는 전지의 점진적으로 감소하는 용량 및 전력을 초래한다. 전지가 노화된다.During subsequent cycles, generally only a small amount of lithium loss is present. However, after a larger number of cycles, this small amount of lithium loss becomes important and may even be the most important parameter of cell aging (J. Vetter, P. Novak, MR Wagner, C. Veit, K. C. Moller, JO
Figure 112013048053581-pct00001
Besenhard, M. Winter, M. Wohlfahrt-Mehrens, C. Vogler, A. Hammouche, Journal of Power Sources, 2005, 269-281, 147). The thickness of the SEI layer on the surface of the electrochemical active material increases more and more, often resulting in a significant increase in battery impedance. In addition, an increasing loss of mobile lithium should be considered. This effect results in a progressively decreasing capacity and power of the affected cells. The battery ages.

탄소 물질 기반 애노드와 함께 과-리튬화(over-lithiate)된 캐소드 물질을 사용하는 것은 이러한 현상의 감소를 야기할 수 있지만, 경우에 따라, 안전성의 손상까지 야기할 수 있다. 안정성 문제가 있는지 여부는 포메이션 후 애노드의 용량에 대한 애노드의 최대 용량의 비에 따라 달라진다. 예를 들어 흑연 단위 당 애노드의 최대 비용량은 372 mAh/g이다. 따라서 포메이션 과정 중 SEI 생성으로 인해 이동 리튬의 15%가 손실된 경우, 애노드와, 372 + 15 % ~ 427 mAh/g에 상응하는 일정량의 이동 리튬 이온을 함유하는 캐소드를 조합하는 것이 이론적으로 가능하다. 그러나 포메이션 동안 리튬 손실이 덜 확연한 경우, 금속성 리튬이 애노드에 바람직하지 않게 증착될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 리튬 이온 배터리의 애노드는 일반적으로 과다 치수설정(over-dimension)된다. Using over-lithiated cathode materials with carbonaceous-based anodes may cause this phenomenon to decrease, but in some cases can lead to impairment of safety. Whether there is a stability problem depends on the ratio of the maximum capacity of the anode to the capacity of the anode after formation. For example, the maximum specific capacity of the anode per graphite unit is 372 mAh / g. Therefore, it is theoretically possible to combine the anode with a cathode containing a certain amount of mobile lithium ions corresponding to 372 + 15% to 427 mAh / g, when 15% of the mobile lithium is lost due to SEI generation during the formation process . However, if the lithium loss is less significant during the formation, metallic lithium may be undesirably deposited on the anode. To prevent this, the anode of a lithium ion battery is generally over-dimensioned.

덧붙이자면, 앞서 언급된 활물질의 리튬화(lithiation)는 부피의 상당한 증가에 의해 이뤄진다는 것이 문제점이다. 따라서 리튬 이온을 흡수할 때 흑연 입자의 부피는 최대 10%까지 증가될 수 있다. 상기 부피 증가는 앞서 언급된 금속성 및 반-금속성 저장 물질의 경우 더 커진다. 예를 들어 주석, 안티모니, 및 실리콘을 리튬화할 때, 첫 번째 충전 사이클 동안의 부피 팽창이 최대 300%일 수 있다. 리튬 이온을 방출할 때, 각자의 활물질의 부피가 다시 감소하며, 이는 활물질을 구성하는 입자들 내에 높은 기계적 응력을 초래하고, 경우에 따라 전극 구조물 내 이탈(shifting)을 초래할 수 있다. 일부 경우, 유의미한 범위까지의 전극의 관련된 기계적 응력은 활물질을 구성하는 인접한 입자들 간의 접촉 손실을 초래하고, 이는 영향 받는 배터리의 용량과 수명 사이클에 부정적인 영향을 미친다. In addition, the problem is that the lithiation of the above-mentioned active material is caused by a significant increase in volume. Therefore, the volume of graphite particles can be increased up to 10% when absorbing lithium ions. The volume increase is greater for the aforementioned metallic and semi-metallic storage materials. For example, when lithium, tin, antimony, and silicon are lithiated, the volume expansion during the first charge cycle can be up to 300%. When lithium ions are released, the volume of each active material decreases again, which results in high mechanical stresses in the particles that make up the active material and, in some cases, can lead to shifting in the electrode structure. In some cases, the relative mechanical stresses of the electrodes to a significant extent result in contact loss between adjacent particles making up the active material, which negatively affects the capacity and life cycle of the affected battery.

본 발명의 목적은 상기의 문제가 발생하지 않거나 최소한만 발생하는 개선된 노화 성능을 갖는 리튬 이온 배터리를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a lithium ion battery having improved aging performance with no or minimal occurrence of the above problems.

이 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 전기화학적 전지, 청구항 6의 특징을 갖는 배터리, 및 청구항 7의 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 전기화학적 전지의 바람직한 실시예는 종속 청구항 2 내지 5에 나타나 있다. 본 발명에 따르는 방법의 바람직한 실시예는 종속 청구항 8 내지 10에서 발견될 수 있다. 모든 청구항의 기재는 본 발명의 내용에 참조로서 포함된다.
This object is achieved by an electrochemical cell having the features of claim 1, a battery having the features of claim 6, and a method having the features of claim 7. Preferred embodiments of the electrochemical cell according to the present invention are shown in dependent claims 2 to 5. A preferred embodiment of the method according to the invention can be found in dependent claims 8-10. The description of all claims is incorporated by reference into the present disclosure.

본 발명에 따르는 전기화학적 전지는 앞서 언급된 바와 같은 재충전 가능한 전지인 2차 전지(secondary cell)이다. 추가로, 본 발명에 따르는 전지는 이미 포메이션된 전지이며, 이는, 상기 설명에 따르면, 적어도 한 번의 완전한 충전/방전 사이클을 이미 겪어서, 기재된 "고체 전해질 계면막(solid electrolyte interphase)"이 이미 생성되고 후속 사이클에서 리튬의 손실은 비교적 소량에 불과함을 의미한다. 따라서 포메이션된 전지(formed cell)는 포메이션되지 않은 전지(non-formed cell)와 구조적으로 상이하다. 본 발명에서, 포메이션된 전지는 특히, 첫 번째 충전/방전 사이클 동안 이미 발생된 SEI 생성으로 인해 후속하는 사이클 동안의 전지 내 리튬의 손실이 0.5% 미만, 바람직하게는 0.25% 미만, 특히 0.1% 미만인 전지를 의미한다(각각의 경우, 사이클 전 전지 내 이동 리튬의 이용 가능한 총량을 기초로 함). The electrochemical cell according to the present invention is a secondary cell which is a rechargeable battery as mentioned above. In addition, the battery according to the present invention is an already-formed cell, which, according to the description above, has already undergone at least one complete charge / discharge cycle, so that the described " solid electrolyte interphase & Which means that the loss of lithium in subsequent cycles is only a relatively small amount. The formed cell is structurally different from the non-formed cell. In the present invention, the formed cell is particularly characterized in that the loss of lithium in the cell during subsequent cycles due to SEI generation already generated during the first charge / discharge cycle is less than 0.5%, preferably less than 0.25%, especially less than 0.1% (In each case based on the total available amount of mobile lithium in the pre-cycle cell).

발명에 따르는 전기화학적 전지는 적어도 하나의 양극, 적어도 하나의 음극, 전해질, 및 이른바 "이동 리튬(mobile lithium)"을 포함한다. An electrochemical cell according to the invention comprises at least one anode, at least one cathode, an electrolyte, and so-called " mobile lithium ".

적어도 하나의 양극은 적어도 하나의 금속 화합물을 함유하고, 상기 적어도 하나의 금속 화합물은 리튬을 이온의 형태로 가역적으로 혼입 및 방출할 수 있다. 이에 추가로, 경우에 따라, 적어도 하나의 전극 바인더, 하나의 전도율 첨가제, 및 추가 첨가제를 포함하는 것이 일반적이다. 적절한 바인더 및 첨가제는 해당 분야의 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다.The at least one anode contains at least one metal compound, and the at least one metal compound can reversibly incorporate and release lithium in the form of ions. In addition, it is customary to include, in some cases, at least one electrode binder, one conductivity additive, and further additives. Suitable binders and additives are well known to those of ordinary skill in the art.

바람직하게는, 적어도 하나의 화합물은 리튬 금속 옥사이드 또는 리튬 금속 포스페이트 화합물, 특히, LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, LiMnPO4 또는 상기 화합물들 중 둘 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된 화합물이다. Preferably, at least one compound is a lithium metal oxide or a lithium metal phosphate compound, in particular, LiCoO 2, LiMn 2 O 4 , LiFePO 4, LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2, LiMnPO 4 or the A mixture of two or more of the compounds.

적어도 하나의 음극은 리튬을 이온의 형태로 가역적으로 혼입 또는 방출할 수 있는 적어도 하나의 탄소 화합물을 함유한다. 그러나 이를 대체하여 또는 이에 추가로, 적어도 하나의 음극은 리튬과 합금화될 수 있는 적어도 하나의 금속 및/또는 반-금속(semi-metal)도 함유할 수 있다.The at least one negative electrode contains at least one carbon compound capable of reversibly incorporating or releasing lithium in the form of ions. Alternatively or additionally, however, at least one negative electrode may also contain at least one metal and / or a semi-metal which can be alloyed with lithium.

상기 활물질에 추가로, 경우에 따라, 적어도 하나의 음극은 적어도 하나의 전극 바인더, 하나의 전도율 첨가제, 및 추가 첨가제를 포함하는 것이 일반적이다. 적합한 바인더 및 첨가제가 해당 업계의 통상의 기술자에게 알려져 있다. 특히 바람직한 카복시메틸 셀룰로오스계 바인더가 WO 2009/012899에 기재되어 있다. 상기 출원의 내용은 본원에 참조로서 포함된다.In addition to the active material, in some cases, at least one negative electrode generally comprises at least one electrode binder, one conductivity additive, and further additives. Suitable binders and additives are known to those of ordinary skill in the art. A particularly preferred carboxymethylcellulose-based binder is described in WO 2009/012899. The contents of which are incorporated herein by reference.

탄소 화합물로서, 적어도 하나의 음극은 흑연질 탄소 화합물을 함유하는 것이 바람직하다. 리튬과 합금화될 수 있는 금속 및/또는 반-금속으로서, 전극은, 알루미늄, 실리콘, 안티모니, 주석, 및 코발트로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 구성원을 함유하는 것이 바람직하다. 혼합물로서, 경우에 따라, 주석/안티모니 혼합물 또는 주석-코발트 혼합물이 선호된다.As the carbon compound, it is preferable that at least one negative electrode contains a graphitizing carbon compound. As metals and / or semi-metals that can be alloyed with lithium, it is preferred that the electrode contains at least one member selected from the group consisting of aluminum, silicon, antimony, tin, and cobalt. As mixtures, tin / antimony mixtures or tin-cobalt mixtures are optionally preferred.

특히 바람직한 구성에서, 적어도 하나의 음극은 인터칼레이트할 수 있는 탄소 화합물과, 구체적으로, 흑연질 탄소 입자와 실리콘 입자의 혼합물로서 리튬과 합금화될 수 있는 금속 및/또는 반-금속의 조합을 함유한다. 상기 입자는 적합한 카복시메틸 셀룰로오스로 구성된 바인더 모재(binder matrix)에 포함되는 것이 바람직하다. In a particularly preferred configuration, the at least one negative electrode comprises a carbonaceous compound capable of intercalating and, specifically, a combination of a metal and / or a semi-metal which can be alloyed with lithium as a mixture of graphitic carbon particles and silicon particles do. The particles are preferably included in a binder matrix composed of suitable carboxymethylcellulose.

활물질로서의 20wt%(중량 퍼센트)의 실리콘 및 60wt%의 흑연질 탄소와, 20% 전기화학적 비활물질(바인더 및 전도율 첨가제)를 함유하는 복합 전극은 ca. 1060Ah/kg의 비용량(specific capacity)을 가진다[(4200 Ah/kg * 0.2) + (372 Ah/kg * 0.6)]. 실리콘의 비율을 변동시킴으로써, 필요한 활물질의 질량을 거의 증가시키지 않고, 리튬을 저장하기 위해 필요한 용량이 유연하게 조정될 수 있다. A composite electrode containing 20 wt% (weight percent) silicon and 60 wt% graphitic carbon as the active material and 20% electrochemical inactive material (binder and conductivity additive) (4200 Ah / kg * 0.2) + (372 Ah / kg * 0.6), which has a specific capacity of 1060 Ah / kg. By varying the ratio of silicon, the capacity required to store lithium can be flexibly adjusted without substantially increasing the mass of the required active material.

본 발명에 따르는 전지에 함유된 전해질을 통해, 리튬 이온은 적어도 하나의 양극과 적어도 하나의 음극 사이에서 이동할 수 있다. 바람직하게는, 전해질은 적합한 전도성 염, 가령, 리튬 헥사플루오로포스페이트의 용액이다. 용매로서, 바람직하게는 유기 용매가 사용되며, 특히, 탄산의 에테르 또는 에스테르 화합물이 사용된다. Through the electrolyte contained in the battery according to the invention, lithium ions can migrate between at least one anode and at least one cathode. Preferably, the electrolyte is a solution of a suitable conductive salt, such as lithium hexafluorophosphate. As the solvent, preferably an organic solvent is used, in particular, an ether or an ester compound of carbonic acid is used.

본 발명에서, "이동 리튬(mobile lithium)"은 전극에서의 혼입 및 방출 프로세스를 위해 이용 가능한 리튬을 의미한다. 앞서 기재된 것처럼, 2차 리튬 이온 전지의 포메이션 동안, 상기에 언급된 SEI가 생성되고, 그 중, 전지에 초기 함유된 리튬의 일부분(최대 35%, 상기 내용 참조)을 비가역적으로 결합(bind)한다. 그 후 상기 리튬은 추가 충전/방전 반응에 대해 더 이상 이용 가능하지 않다. 이와 달리, "이동 리튬"은 전지 내 리튬의 일부분이며, 포메이션 후에도 전극 내 가역적 혼입 또는 방출 프로세스를 위해 여전히 이용 가능하다. In the present invention, " mobile lithium " means lithium available for incorporation and release processes at the electrode. As described above, during the formation of the secondary lithium ion battery, the above-mentioned SEI is produced, and irreversibly binds a portion (up to 35%, see above) of lithium initially contained in the battery. do. The lithium is then no longer available for further charge / discharge reactions. Alternatively, " moving lithium " is a fraction of lithium in the cell and is still available for reversible incorporation or release processes in the electrode after formation.

특히, 본 발명에 따르는 전지는 다음의 특징들의 조합에 의해 특징 지어진다:In particular, the battery according to the invention is characterized by a combination of the following features:

1. 리튬을 흡수하기 위한 적어도 하나의 음극의 용량은 적어도 하나의 양극의 용량보다 높다.1. The capacity of at least one cathode for absorbing lithium is higher than the capacity of at least one anode.

2. 적어도 하나의 음극은 전지에 함유된 전체 이동 리튬을 흡수하기 위해 요구될 용량보다 더 큰 용량을 가진다. 2. At least one negative electrode has a capacity greater than the capacity required to absorb the total moving lithium contained in the cell.

3. 상기 이동 리튬은 적어도 하나의 양극의 흡수 용량을 초과하는 양으로 전지에 함유된다. 3. The moving lithium is contained in the battery in an amount exceeding the absorption capacity of the at least one anode.

상기 특징들의 조합은 이하에서 특징 1번부터 시작해서 상세히 설명될 것이다. A combination of the above features will be described in detail starting from the feature 1 below.

충전 중에 금속성 리튬이 애노드 상에 증착될 수 있는 것을 방지하기 위해, 음극을, 대향하는 양극에 비해 과다-치수설정(over-dimension)하는 것은 해당 분야의 공지된 기술이기 때문에, 1번 특징 자체는 신규하지 않다. 그러나 본 발명에 따르는 전극의 경우 이는 선택사항이 아닌데, 왜냐하면 동시에 적어도 하나의 음극이 전지에 함유된 모든 이동 리튬을 흡수하기에 충분한 크기로 치수설정되기 때문이다(2번 특징). 따라서 적어도 하나의 음극을 리튬으로 과다 충전(overcharging)하는 것이 가능하지 않다. 그러나 동시에, 본 발명에 따르는 전지에, 적어도 하나의 양극에 의해 흡수될 수 있는 것보다 더 많은 이동 리튬이 함유된다(3번 특징). 다시 말하면, 본 발명에 따르는 전지는 이동 리튬의 "저장소" 또는 "풀(pool)"을 포함하고, 이로 인해서, 포메이션 후 동작 중 발생하는 상기에 기재된 사소한 리튬 손실이 지속적으로 균형이뤄질 수 있다. 따라서 본 발명에 따르는 전지의 용량과 전력은 종래 기술에서 알려진 전지에 비교해서 더 많은 횟수의 사이클 동안 안정하게 유지된다. Since it is a known art in the art to over-dimension the cathode relative to the opposing anode in order to prevent metallic lithium from being deposited on the anode during charging, Not new. However, in the case of the electrodes according to the invention, this is not an option, since at the same time at least one cathode is dimensioned to a size sufficient to absorb all the moving lithium contained in the cell (feature No. 2). Therefore, it is not possible to overcharge at least one cathode with lithium. At the same time, however, the battery according to the invention contains more mobile lithium than can be absorbed by the at least one anode (feature No. 3). In other words, the battery according to the invention comprises a " reservoir " or " pool " of mobile lithium, whereby the minor lithium losses described above occurring during post-formation operations can be continuously balanced. Therefore, the capacity and power of the battery according to the present invention is kept stable for a greater number of cycles compared to the battery known in the prior art.

바람직하게는, 이동 리튬이 리튬 이온의 형태로, 그리고 또한 바람직한 경우, 환원된 금속성 형태로도, 본 발명에 따르는 전지에 함유된다. 본 발명에 따르는 전지가 완전히 충전된 경우, 리튬 이온은 적어도 하나의 과다-치수설정된 음극에 실질적으로 모두 혼입된다. 작동 중에, 리튬 이온은 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극 사이에 분포된다. 리튬은, 특히 애노드 측부 상에서 리튬과 합금화될 수 있는 상기 언급된 금속 및/또는 반-금속 중 하나와 합금화될 때 환원된 금속 형태로 제공될 수 있다. 또한, 이러한 형태로, 전극에서의 가역적 혼입 및 방출 프로세스에 대해 이용 가능하다. 본 발명에 따르는 전지를 방전할 때, 합금화된 리튬이 산화될 수 있다. 그 후, 최종 리튬 이온이 캐소드로 이동할 수 있다.Preferably, the mobile lithium is contained in the battery according to the invention, also in the form of lithium ions and, if desired, also in reduced metallic form. When the battery according to the present invention is fully charged, lithium ions are substantially all incorporated into at least one over-dimensioned cathode. During operation, lithium ions are distributed between at least one negative electrode and at least one positive electrode. Lithium may be provided in the form of a reduced metal when alloyed with one of the above-mentioned metals and / or semi-metals that may be alloyed with lithium, particularly on the anode side. Also in this form, it is available for a reversible incorporation and release process at the electrode. When discharging the battery according to the present invention, the alloyed lithium can be oxidized. Thereafter, the final lithium ions can migrate to the cathode.

바람직한 실시예에서, 리튬을 흡수하기 위한 적어도 하나의 음극의 상기 언급된 용량이 적어도 하나의 양극의 용량보다 1.2배, 바람직하게는 1.4 내지 2.5배 초과한다.In a preferred embodiment, the aforementioned capacity of at least one cathode for absorbing lithium is 1.2 times, preferably 1.4 to 2.5 times greater than the capacity of at least one anode.

적어도 하나의 음극의 용량은 전지에 함유된 전체 이동 리튬의 양과 적어도 동일한 것이 바람직하며, 특히 바람직하게는, 전지에 함유된 전체 이동 리튬을 흡수하기 위해 필요할 것보다 적어도 1.05배, 바람직하게는 1.1 내지 2배 더 높다.The capacity of at least one negative electrode is preferably at least equal to the total amount of mobile lithium contained in the battery, and particularly preferably at least 1.05 times, preferably 1.1 to 10 times, Two times higher.

전지 내 이동 리튬의 양은 리튬을 흡수하기 위한 적어도 하나의 양극의 용량을 적어도 1.1배, 특히 바람직하게는, 1.2 내지 2배 초과한다.The amount of mobile lithium in the battery is at least 1.1 times, particularly preferably 1.2 to 2 times greater, than the capacity of at least one anode for absorbing lithium.

탄소 화합물과, 음극 내 리튬과 합금화될 수 있는 금속 및/또는 반-금속 간의 혼합 비는 경우에 따라 바람직하게는 20:1 내지 1:20, 특히 바람직하게는 20:1 내지 1:1이다(각각의 경우 사용되는 중량). The mixing ratio between the carbon compound and the metal and / or the semi-metal which can be alloyed with lithium in the anode is in some cases preferably from 20: 1 to 1:20, particularly preferably from 20: 1 to 1: 1 Weight used in each case).

마찬가지로, 상기에 기재된 바와 같이 본 발명에 따르는 적어도 하나의 전기화학적 전지를 포함하는 각각의 배터리가 본 발명의 대상이다. 예를 들어, 본 발명에 따르는 전지는 평판형 전극(flat electrode)과 전해질이 스며드는 분리막(separator)의 복합물의 형태로 제공될 수 있다. 본 발명에 따르는 배터리에서 이러한 복합물은 스택(stack)형 배열로 또는 권취된 형태(wound form)로 제공되는 것이 바람직하다. Likewise, each battery comprising at least one electrochemical cell according to the invention as described above is the subject of the present invention. For example, a battery according to the present invention may be provided in the form of a composite of a flat electrode and an electrolyte-permeable separator. In batteries according to the present invention, such composites are preferably provided in a stacked arrangement or in wound form.

이러한 배터리를 제작하기 위해, 특히 이하에서 기재될 방법이 사용될 수 있고, 상기 방법은 마찬가지로 본원에 개시되는 발명에 포함된다. To manufacture such a battery, in particular, a method described below can be used, and the method is likewise included in the invention disclosed herein.

상기 방법에서, 앞서 기재된 유형의 적어도 하나의 양극, 앞서 기재된 유형의 적어도 하나의 음극, 및 앞서 기재된 유형의 전해질이 조합되어 하나의 전기화학적 전지가 된다. 그 후, 이러한 식으로 제작된 전지는 포메이션(formation)된다, 즉, 적어도 1회의 완전한 충전/방전 사이클을 겪는다. In this method, at least one anode of the type described above, at least one cathode of the type described above, and electrolytes of the type described above are combined into one electrochemical cell. The battery made in this way is then formed, i. E., Undergoes at least one complete charge / discharge cycle.

이 경우, 본 발명에 따르는 방법은 특히 다음을 특징으로 한다:In this case, the process according to the invention is characterized in particular by:

- 리튬을 흡수하기 위한 용량 측면에서, 적어도 하나의 음극은 적어도 하나의 양극보다 크게 치수설정된다.In terms of the capacity for absorbing lithium, at least one cathode is dimensioned larger than at least one anode.

- 리튬은 리튬을 흡수하기 위한 적어도 하나의 양극의 용량을 적어도 1.2배 초과하는 양으로 전지에 도입된다.Lithium is introduced into the cell in an amount that exceeds at least 1.2 times the capacity of the at least one anode for absorbing lithium.

- 리튬을 흡수하기 위한 용량 측면에서, 적어도 하나의 음극은 포메이션 후 전지에 함유되는 전체 리튬을 흡수할 수 있기에 충분한 크기로 치수설정된다.In terms of the capacity for absorbing lithium, at least one negative electrode is dimensioned to a size sufficient to absorb the total lithium contained in the battery after formation.

적어도 하나의 양극에 비한 적어도 하나의 음극의 과다-치수설정(over-dimension)과 관련된, 그리고 리튬, 특히, 포메이션 후 전지에 함유되는 이동 리튬(mobile lithium)의 양과 관련된, 본 발명에 따르는 방법의 선호되는 실시예의 측면에서, 본 발명에 따르는 전지와 관련된 상기의 설명에 대한 참조가 이뤄진다. Related to the over-dimension of at least one cathode relative to at least one anode, and in relation to the amount of mobile lithium contained in lithium, particularly after formation, of the method according to the invention In view of the preferred embodiment, reference is made to the above description relating to a battery according to the invention.

전지로 도입되는 리튬의 양은 리튬을 흡수하기 위한 적어도 하나의 양극의 용량보다 1.2 내지 2배 초과한다. The amount of lithium introduced into the battery is 1.2 to 2 times greater than the capacity of at least one anode for absorbing lithium.

바람직한 실시예에서, 리튬은 적어도 부분적으로 적어도 하나의 양극을 통해 전지로 도입된다. 특히, 이는 과-리튬화(over-lithiate)된 캐소드 물질을 이용해 이뤄질 수 있다. 예를 들어, 과-리튬화된 산화 화합물, 가령, LiNi0.425Mn0.425Co0.15O2가, 후속하는 사이클에서 가역적 리튬화 또는 탈-리튬화할 수 있는 것보다 첫 번째 사이클에서 충전을 위한 더 많은 리튬 이온을 제공할 수 있는 캐소드 물질의 그룹을 나타낸다. 첫 번째 충전 프로세스 동안, 상기 과량의 리튬 이온이 과다-치수설정된 애노드로 이동하는 것이 시작될 수 있다.In a preferred embodiment, lithium is introduced into the cell at least partially through at least one anode. In particular, this may be achieved using over-lithiated cathode materials. For example, an over-lithiated oxidizing compound, such as LiNi 0.425 Mn 0.425 Co 0.15 O 2 , can be reversibly lithiated or de- lithized in subsequent cycles, Lt; RTI ID = 0.0 > ions. ≪ / RTI > During the first charging process, the excess lithium ions may begin to migrate to the over-dimensioned anode.

적어도 하나의 양극을 통해 리튬을 도입시키기 위한 또 다른 옵션은 금속성 리튬, 특히, 부동태화된 금속성 리튬을 적어도 하나의 양극으로 첨가하는 것이다. 예를 들어, 리튬 포스페이트의 박층, 왁스(wax) 또는 폴리머 층으로 리튬 입자의 표면을 덮음으로써, 리튬 입자를 부동태화하는 것이 가능하다. 적합한 방법이 WO 2008/143854, WO 2009/029270 및 WO 2008/045557에 기재되어 있다. 이들 문서의 내용은 전체가 본원에 참조로서 포함된다. 일반적으로 리튬 이온 배터리에 대한 양극이 비-수성(non-aqueous) 분위기에서 처리되기 때문에, 비교적 문제가 없는 방식으로 금속성 리튬이 양극에 도입될 수 있다.Another option for introducing lithium through at least one anode is to add metallic lithium, especially passivated metallic lithium, as at least one anode. For example, it is possible to passivate lithium particles by covering the surface of lithium particles with a thin layer of lithium phosphate, a wax or a polymer layer. Suitable methods are described in WO 2008/143854, WO 2009/029270 and WO 2008/045557. The contents of these documents are incorporated herein by reference in their entirety. Metallic lithium can be introduced into the anode in a relatively insignificant manner because the anode for the lithium ion battery is generally treated in a non-aqueous atmosphere.

리튬을 전지로 도입시키기 위한 또 다른 옵션은 리튬을 적어도 부분적으로 전해질을 통해, 특히, 애노드에서 리튬 이온을 유리(liberation)시킬 수 있는 전도성 염을 이용함으로써, 도입시키는 것이다. 리튬 아지드(LiN3)가 이러한 염에 대한 예이다.Another option for introducing lithium into the cell is to introduce lithium at least partially through the electrolyte, in particular by using a conductive salt that can liberate lithium ions at the anode. Lithium azide (LiN 3 ) is an example of such salts.

또 다른 바람직한 실시예에서, 리튬은 적어도 부분적으로 하나의 음극을 통해 전지로 도입된다. 이는 적어도 하나의 음극을 적어도 하나의 양극과 조합하기 전에, 상기 적어도 하나의 음극을 사전-리튬화(pre-lithiate)함으로써 이뤄질 수 있다. 가장 단순한 경우 예를 들면, 적어도 하나의 음극이 금속성 리튬으로 만들어진 전극으로 연결되고 충전된다. 그 후, 충전된 적어도 하나의 전극은 적어도 하나의 양극에 대해 추후 연결된다. In another preferred embodiment, lithium is introduced into the cell at least partially through one negative electrode. This may be accomplished by pre-lithizing the at least one cathode prior to combining the at least one cathode with the at least one anode. In the simplest case, for example, at least one cathode is connected and charged to an electrode made of metallic lithium. The charged at least one electrode is then connected to at least one anode.

이를 대체하여, 또는 이에 추가로, 애노드 물질이 리튬 이온을 유리(liberation)시킬 수 있는 화합물, 특히, 화학식 Li3-xMxN의 전이 금속 니트라이드를 함유하는 적어도 하나의 음극에 대해 사용될 수 있다. 이러한 물질은 높고, 안정하며, 가역적인 용량을 약속하지만, 가역적으로 혼입 또는 방출할 수 있는 것보다 구조물 내에 탈-리튬화 가능한 리튬을 더 포함한다. 상기 물질의 단점은 사이클 안정성(cycle stability)과 높은 가수분해 감도(hydrolysis sensitivity)가 부족하다는 것이다(Yu Liu, Kumi Horikawa, Maniko Fujiyosi, Nobuyuki Imanishi, Atsushi Hirano, Yasuo Takeda, Electrochemical Acta 49, 2004, 3487-3496 and Y. Takeda, M. Nishijima, M. Yamahata, K. Takeda, N. Imanishi, O. Yamamoto, Solid State ionics 130, 1999, 61-69 참조). Alternatively or additionally, it is possible to use a compound capable of liberating lithium ions, in particular an anode material, for at least one negative electrode containing a transition metal nitride of the formula Li 3-x M x N have. These materials promise high, stable, and reversible capacity, but further include de-lithiable lithium in the structure rather than being able to reversibly incorporate or release it. A disadvantage of this material is the lack of cycle stability and high hydrolysis sensitivity (Yu Liu, Kumi Horikawa, Maniko Fujiyosi, Nobuyuki Imanishi, Atsushi Hirano, Yasuo Takeda, Electrochemical Acta 49, 2004, 3487 -3496 and Y. Takeda, M. Nishijima, M. Yamahata, K. Takeda, N. Imanishi, O. Yamamoto, Solid State ionics 130, 1999, 61-69).

리튬을 전지로 도입시키기 위한 또 다른 옵션은 상기에 언급된 금속성 리튬, 특히, 상기에 언급된 부동태화된 금속성 리튬을 함유하는 전극 물질의 사용이다. 이러한 입자는 음극과 양극에 대한 물질 모두에 혼합될 수 있는 것이 일반적이다. Another option for introducing lithium into the cell is the use of the above-mentioned metallic lithium, especially electrode materials containing the above-mentioned passivated metallic lithium. These particles are generally capable of being mixed in both the cathode and the anode materials.

적절한 경우, 수성 분위기(aqueous environment)에서 처리되는 전극의 제작 시 부동태화된 리튬이 사용될 수 있다. 그러나 제작 후, 특히, 전극의 건조 후 수성 분위기에서 처리된 전극에 금속성 리튬을 첨가하는 것이 더 바람직하다. 따라서 가령, 수성 분위기에서 처리된 음극이 건조된 후, 상기 음극의 표면에 금속성 리튬이 도포되는 것이 바람직할 수 있다. 금속성 리튬의 도포는 예를 들어 상기에 언급된 부동태화된 리튬 입자의 담체(carrier)로서 기능하고 전극의 표면에 박판형으로(laminary) 접촉될 수 있는 포일(foil)에 의해 개시될 수 있다. Where appropriate, passivated lithium may be used in the fabrication of electrodes to be treated in an aqueous environment. However, it is more preferable to add metallic lithium to the electrode after fabrication, particularly in the aqueous atmosphere after drying of the electrode. Thus, for example, after the cathode treated in an aqueous atmosphere has dried, it may be desirable to apply metallic lithium to the surface of the cathode. The application of the metallic lithium can be initiated, for example, by a foil which functions as a carrier for the passivated lithium particles mentioned above and which can be lamily contacted to the surface of the electrode.

애노드 측부 상의 도입의 경우, 부동태화된 리튬이 상기 애노드에 이미 위치된다. 앞서 언급된 금속 및/또는 반-금속과 합금화된 리튬처럼, 상기 부동태화된 리튬은 작동 동안 산화되고 리튬 이온을 유리시킬 수 있으며, 상기 리튬 이온은 캐소드로 이동할 수 있다. 캐소드 측부 상으로의 도입의 경우, 일반적으로, 전지의 첫 번째 충전/방전 사이클 과정에서, 부동태화된 리튬이 애노드의 앞서 언급된 추가 용량에 도입된다.In the case of introduction on the anode side, passivated lithium is already located in the anode. Like the previously mentioned metal and / or semi-metal alloyed lithium, the passivated lithium is oxidized during operation and can liberate lithium ions, which can migrate to the cathode. In the case of introduction onto the cathode side, generally, in the first charge / discharge cycle of the cell, passivated lithium is introduced into the above-mentioned additional capacity of the anode.

이때, 리튬을 전지로 도입시키기 위한 모든 앞서 언급된 선호되는 절차는 단독으로, 또는 다른 절차와 조합되어 사용될 수 있다. At this time, all the aforementioned preferred procedures for introducing lithium into the cell may be used alone or in combination with other procedures.

이미 언급한 것처럼, 고용량 애노드 물질을 갖는 리튬 이온 배터리의 전극들의 균형을 이루는 기재된 방식의 주요한 이점은 노화 성능에 영향을 미친다. 그 밖의 다른 일부 중요한 이점은 다음과 같이 요약될 것이다. As already mentioned, a major advantage of the described method of balancing the electrodes of a lithium ion battery with a high capacity anode material affects the aging performance. Some other significant benefits will be summarized as follows.

적어도 하나의 음극이, 전지에 함유된 전체 이동 리튬을 흡수하기 위해 필요한 용량보다 더 큰, 일반적으로 상당히 더 큰 용량을 갖기 때문에, 실리콘, 주석, 안티모니, 또는 상기 물질들의 복합물 및 탄소계 물질의 혼합물을 기초로 하는 본 발명에 따라 사용되는 것이 바람직한 고용량 애노드 물질은 완전히 리튬화되지 않는 것이 일반적이다. 이러한 방식으로, 물질은 충전 및 방전 프로세스 동안 비교적 작은 기계적 응력만 받고, 따라서, 다른 경우라면, 리튬화로 인한 큰 부피 변화로 인해 전극과의 전기적 접촉을 소실시킬 수 있는 활물질 입자의 비가역적 비활성화를 방지한다. Tin, antimony, or a combination of these materials and a carbon-based material, as the at least one cathode has a generally larger capacity, generally greater than the capacity required to absorb the total moving lithium contained in the cell. It is common that the high-capacity anode material which is preferably used according to the present invention based on the mixture is not completely lithiumated. In this way, the material only receives relatively little mechanical stress during the charging and discharging process, thus preventing irreversible deactivation of the active material particles, which otherwise could lose electrical contact with the electrodes due to the large volume change due to lithiation do.

실리콘을 함유하는 전극의 경우, 이는 동작 중에 실리콘의 가장 높은 리튬화 수준(Li22Si5)과 이와 관련된 4200Ah/kg의 최대 획득 가능한 용량에 도달하지 않음을 의미한다. 기본적으로 포메이션 충전에 대해 실리콘 합금 용량의 이용은 600Ah/kg 내지 4200Ah/kg 내에서 가능하다. 그러나 리튬 풀(lithium pool)을 생성하기 위해, 일반적으로 10 내지 80% 더 낮은 용량 값에 대응하는 리튬의 양이 후속하는 사이클에서 탈-리튬화된다. 상기 표준 값이 마찬가지로, 추가 활물질, 가령, 탄소 화합물, 리튬과 합금화될 수 있는 금속 또는 반-금속, 가령, 주석, 안티모니, 및 알루미늄과 조합하여 복합 전극이 되도록 처리되는 실리콘에 적용된다. For electrodes containing silicon, this means that during operation the highest level of lithium ionization (Li 22 Si 5 ) and the maximum achievable capacity of 4200 Ah / kg associated therewith are not reached. Basically, the use of silicon alloy capacity for formation charging is possible within 600Ah / kg to 4200Ah / kg. However, in order to produce a lithium pool, the amount of lithium, which generally corresponds to a 10 to 80% lower capacity value, is de-lithiated in subsequent cycles. The standard values likewise apply to silicon which is treated to be a composite electrode in combination with further active materials, such as carbon compounds, metals or semi-metals that can be alloyed with lithium, such as tin, antimony, and aluminum.

덧붙이자면, 전극들의 균형을 이루기 위한 상기에 기재된 방식에 의해, 배터리의 더 높은 방전 전압이 보장된다. 애노드 물질이 완전한 리튬화를 한 번 겪지만 그 후 결코 완전히 탈-리튬화되지 않는다는 사실로 인해, 항상 애노드에 리튬 비축량이 남아 있고, 이는, 전체 배터리에 대한 방전 전압이 전체적으로 항상 높은 이유이다. In addition, a higher discharge voltage of the battery is ensured by the manner described above for balancing the electrodes. Because of the fact that the anode material undergoes complete lithiation once, but never completely de-lithiated, there is always a lithium reserve in the anode, which is why the discharge voltage for the entire battery is always higher overall.

종래의 방식을 이용해 고용량 애노드와 조합되는 많은 캐소드 물질은 캐소드 물질에 함유되는 리튬 이온의 완전한 탈-리튬화를 가능하게 하지 않는다. 이러한 물질의 예로는 유형 LiMO2 (M = Co, Ni)의 호스트 물질이 있다. 상기 캐소드 물질의 가장 흔한 것으로는 α-NaFeO2 구조를 갖는 리튬 코발트 옥사이드가 있다. Li0.5CoO2의 화학양론에 의하면, 전위는 4.2V vs. Li/Li+를 초과하고, 산소의 유리(liberation), 및 입방(cubic) 구조에서 육각(hexagonal) 구조로의 변화가 뒤 따른다. 종래 기술에 따라 균형을 이루는 전지 내 새로운 SEI 생성으로 인해 이동 리튬이 소실될 때, 추가 결정적 노화 프로세스가 일어날 것이다. 충전 동안의 전지의 스위치-오프 기준은 배터리의 명목 전압에 의해 보장되기 때문에, 이동 리튬의 양이 너무 낮은 경우, 캐소드로부터의 추가로 필요한 리튬의 양의 방출이 발생한다. 그러나 상기 추가 리튬 양은 캐소드 활물질의 리튬화 가능한 형태의 비가역적 파괴가 동반되는 Li0.5CoO2 구조 이하로 낮춤에 의해서만 달성될 수 있다. 전지 내 리튬 풀을 생성함으로써, 이동 리튬의 손실이 리튬 풀에 의해 상쇄-균형(counterbalance)을 이루게 되어 상기 노화 효과의 발생은 방지될 수 있다. 리튬 풀이 고갈되기 전까지 캐소드의 Li0.5CoO2구조 이하로 낮아지지 않을 것이다. Many cathode materials that are combined with high capacity anodes using conventional methods do not allow complete de-lithiation of the lithium ions contained in the cathode material. An example of such a material is a host material of the type LiMO 2 (M = Co, Ni). The most common of the cathode materials is lithium cobalt oxide having an? -NaFeO 2 structure. According to the stoichiometry of Li 0.5 CoO 2 , the potential is 4.2V vs. Li < + > +, followed by liberation of oxygen and a change from a cubic structure to a hexagonal structure. A further critical aging process will occur when moving lithium is lost due to the creation of a new SEI in a battery that balances according to the prior art. Since the switch-off criterion of the battery during charging is guaranteed by the nominal voltage of the battery, if the amount of mobile lithium is too low, an additional required amount of lithium is released from the cathode. But it can be achieved only by reducing to less than Li 0.5 CoO 2 structure ratio of lithiated lithium possible form of the further amount of cathode active material that is accompanied by irreversible destruction. By generating a lithium pool in the battery, the loss of moving lithium is counterbalanced by the lithium paste, so that the occurrence of the aging effect can be prevented. The Li 0.5 CoO 2 structure will not be lowered until the lithium pool is depleted.

본 발명의 추가적인 특징은 종속 청구항과 함께 도면과 바람직한 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 도출된다. 이 경우, 개별 특징은 각각의 경우에서 홀로 또는 발명의 하나의 실시예에서 서로 조합되어 구현될 수 있다. 기재된 바와 같이, 바람직한 실시예는 설명을 위한 것으로서 발명의 더 나은 이해를 위한 것이며 어떠한 식으로도 한정으로 이해되어서는 안 된다. Additional features of the invention will be apparent from the following description of the drawings and preferred embodiments, taken in conjunction with the dependent claims. In this case, the individual features may be embodied in combination in each case alone or in one embodiment of the invention. As noted, the preferred embodiments are for purposes of illustration only and are for a better understanding of the invention and are not to be construed in any way as limiting.

도 1은 본 발명의 원리를 개략적으로 도시한다. Figure 1 schematically illustrates the principles of the present invention.

도 1A에 도시된 기둥의 높이는 본 발명에 따르는 전지의 전극의 용량에 대응한다. 덧붙여, 전극에 함유된 리튬 양은 세로 좌표에서 알 수 있다. (가령, 실리콘과 흑연의 혼합물을 활물질로서 함유한) 애노드의 용량은 (가령, 리튬 금속 옥사이드 화합물, 가령, 리튬 코발트 옥사이드를 활물질로서 함유하는) 캐소드의 용량보다 상당히 더 크다. 애노드는 이미, 이전 단계에서, 부동태화(passivate)된 리튬을 앞서 언급된 활물질에 혼합함으로써 도입된 일정 양의 리튬을 함유한다. 애노드에 함유된 리튬의 양은 빗금친 부분으로 나타난다. 전극에 함유된 리튬의 총량은 리튬을 수신할 수 있는 캐소드의 용량을 상당히 초과한다. The height of the column shown in Fig. 1A corresponds to the capacity of the electrode of the battery according to the present invention. In addition, the amount of lithium contained in the electrode can be known from the ordinate. (For example, containing a mixture of silicon and graphite as an active material) is considerably larger than the capacity of the cathode (for example, containing a lithium metal oxide compound, for example, lithium cobalt oxide as an active material). The anode already contains a certain amount of lithium introduced in the previous step by mixing the passivated lithium with the aforementioned active material. The amount of lithium contained in the anode appears as a shaded area. The total amount of lithium contained in the electrode significantly exceeds the capacity of the cathode capable of receiving lithium.

도 1B에서, 도 1A에 도시된 전극의 첫 번째 전지 충전 동안의 프로세스가 도시된다. 캐소드는 전지의 충전 동안 탈-리튬화(de-lithiate)된다. 리튬 이온이 애노드로 (화살표 방향으로) 이동한다. SEI의 생성 동안 리튬 이온의 일부분이 소비된다. 소비된 리튬 이온의 양은 기둥의 하단부에 있는 애노드 측에서 나타난다(하부 빗금 영역을 참조). 그러나 소비된 리튬 이온의 양은 이전 단계에서 애노드로 도입된 리튬의 양(상부 빗금 영역)보다 작다. In Figure IB, the process during the first battery charge of the electrode shown in Figure 1A is shown. The cathode is de-lithiated during charging of the cell. Lithium ions move to the anode (in the arrow direction). During the generation of the SEI, a portion of the lithium ion is consumed. The amount of lithium ions consumed appears on the anode side at the bottom of the column (see lower hatched area). However, the amount of lithium ion consumed is smaller than the amount of lithium introduced into the anode in the previous step (upper hatched region).

도 1C에서, SEI 생성 때문에 손실된 리튬 양은, 더 이상 가역적 전지의 충전 또는 방전을 위해 이용 가능하지 않기 때문에, 가로축 아래에서 나타난다. 도 1B에 도시된 충전에 뒤이어 방전 절차가 도시된다. SEI에 가둬진 리튬이 이전 단계에서 애노드로 도입된 리튬에 의해 보상될 수 있기 때문에, 애노드를 리튬 이온으로 완전히 재충전하는 것이 가능하다. SEI에 가둬진 리튬 이온의 양과 이전 단계에서 애노드로 도입된 리튬의 양의 차이 Δ는 애노드의 리튬 비축량(lithium reserve)으로서 유지된다. In Figure 1C, the amount of lithium lost due to SEI generation appears below the horizontal axis, as it is no longer available for charging or discharging the reversible battery. The discharging procedure is shown following the charging shown in Fig. 1B. It is possible to completely recharge the anode with lithium ions, since the lithium impregnated in the SEI can be compensated by the lithium introduced into the anode in the previous step. The difference? Between the amount of lithium ion confined in the SEI and the amount of lithium introduced into the anode in the previous step is maintained as the lithium reserve of the anode.

도 1D에서, 포메이션(formation) 완료 후 충전 절차가 도시된다. 리튬 이온의 추가 손실이 있는 경우, 상기 이온은 리튬 비축량을 이용해 대체된다. 리튬 비축량이 고갈되기 전에는, 혼입 및 방출 절차를 위해 이용 가능한 리튬 양은 감소하지 않을 것이다. In FIG. 1D, the filling procedure is shown after the formation is complete. In the event of additional loss of lithium ions, the ions are replaced by lithium stockpiles. Before the lithium stockpile is depleted, the amount of available lithium for the incorporation and release procedures will not decrease.

도 2A는 사이클의 횟수의 함수로서, 제 1 배터리의 방전 용량(하부 곡선) 및 방전 용량에 대한 충전 용량의 효율을 도시한다. 상기 제 1 배터리는 본 발명에 따르는 배터리에 대한 기준으로서 기능한다. 2A shows the efficiency of the charging capacity with respect to the discharging capacity (lower curve) and the discharging capacity of the first battery as a function of the number of cycles. The first battery serves as a reference for a battery according to the present invention.

제 1 배터리의 애노드가 8wt% 소듐 카르복시메틸 셀룰로오스, 10wt%의 전도율 첨가제(전도성 탄소 블랙(carbon black)과 탄소 나노섬유(carbon nanofiber)의 혼합물), 및 20wt% 실리콘 (중간 입자 크기 30 - 50nm) 및 62wt%의 흑연질 탄소를 포함하는 페이스트로부터 제작되었다. 물이 처리 용매(process solvent)로서 사용되었다(전극 물질 1g에 대해 물 4g). 페이스트는 전류 집전체 역할을 하는 구리 포일 상으로 박층으로서 도포되었다. The anode of the first battery was a mixture of 8 wt% sodium carboxymethylcellulose, 10 wt% conductivity additive (a mixture of conductive carbon black and carbon nanofiber) and 20 wt% silicon (medium particle size 30-50 nm) And 62 wt% of graphite carbon. Water was used as the process solvent (4 g of water per gram of electrode material). The paste was applied as a thin layer on a copper foil which served as a current collector.

제 1 배터리의 캐소드는, 마찬가지로 전류 집전체로서 기능하는 알루미늄 포일 상으로 도포된 전극물질의 박층으로 구성되었다. 캐소드를 생성할 때, 캐소드 페이스트는 5wt%의 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌계 폴리머 바인더, 7wt%의 전도율 첨가제(전도성 탄소 블랙), 및 전기화학적 활물질로서의 88% LiCoO2로 구성됐다. 처리 용매로서, N-메틸-2-피롤리돈이 사용되었다(전극 물질 4g에 대해 N-메틸-2-피롤리돈 5g). The cathode of the first battery was constituted by a thin layer of electrode material coated on an aluminum foil which also functioned as a current collector. When the cathode was produced, the cathode paste consisted of 5 wt% polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene polymer binder, 7 wt% conductivity additive (conductive carbon black), and 88% LiCoO 2 as an electrochemical active material. As a treatment solvent, N-methyl-2-pyrrolidone was used (5 g of N-methyl-2-pyrrolidone for 4 g of electrode material).

유기 전해질이 카보네이트 기반 전해질 용매와 전도성 염으로서 리튬 헥사플루오로포스페이트를 함유하는 전해질로서 사용되었다.An organic electrolyte was used as an electrolyte containing a carbonate-based electrolyte solvent and lithium hexafluorophosphate as a conductive salt.

애노드의 용량은 (대략 1070mAh/g의 비용량에서) 0.393mAh였다. 캐소드의 용량은 0.240mAh였다. 전지는 전지 전압을 통해 제어되었고, 3V 내지 4.2V의 범위에서 충전 및 방전되었고, 명목 전지 용량은 0.240 mAh였다. 0.1C의 2번의 사이클 및 다음 번 0.5C의 사이클이 수행되었고, 여기서 1C는 0.240mA의 전류에 대응한다. 추가 조건으로서, 캐소드는 4.2V의 최대 전압까지 작동되었고, 애노드는 1.5V의 최대 전압까지 작동되었다. The anode capacity was 0.393 mAh (at a specific capacity of approximately 1070 mAh / g). The capacity of the cathode was 0.240 mAh. The cell was controlled through the cell voltage, charged and discharged in the range of 3V to 4.2V, and the nominal cell capacity was 0.240 mAh. Two cycles of 0.1 C and the next cycle of 0.5 C were performed, where 1 C corresponds to a current of 0.240 mA. As an additional condition, the cathode was operated to a maximum voltage of 4.2 V and the anode was operated to a maximum voltage of 1.5 V.

도 2B는 본 발명에 따르는 제 2 배터리의 방전 용량(하부 곡선)과, 방전 용량에 대한 충전 용량의 효율을 사이클의 횟수에 따라 도시한다. 2B shows the discharge capacity (lower curve) of the second battery according to the present invention and the efficiency of the charging capacity with respect to the discharge capacity according to the number of cycles.

또한 이 경우, 애노드는 8wt% 소듐 카르복시메틸 셀룰로오스, 10 wt%의 전도율 첨가제(전도성 탄소 블랙과 탄소 나노섬유의 혼합물), 및 20 wt% 실리콘(중간 입자 크기 30 - 500nm) 및 62 wt%의 흑연질 탄소를 포함하는 페이스트로부터 제작되었다. 물이 처리 용매로서 사용되었다(전극 물질 1g 에 대해 물 4g). 상기 페이스트는 전류 집전체로서 기능하는 구리 포일 상으로 박층으로서 도포되었다. In this case, the anode also comprises 8 wt% sodium carboxymethylcellulose, 10 wt% conductivity additive (mixture of conductive carbon black and carbon nanofiber), 20 wt% silicon (medium particle size 30-500 nm) and 62 wt% graphite Lt; RTI ID = 0.0 > carbonaceous < / RTI > Water was used as the treating solvent (4 g of water per gram of electrode material). The paste was applied as a thin layer on a copper foil functioning as a current collector.

그러나 제 1 배터리와 달리, 금속성 리튬으로 만들어진 전극에 대해 애노드를 스위칭함으로써, 그리고 대략 1250mAh/g의 최대 용량의 70%까지 애노드를 충전함으로써, 리튬 풀(lithium pool)은 애노드에서 형성되었다. 상기 사전-리튬화(pre-lithiation) 후에만, 애노드가 대응하는 캐소드가 조합되었다. However, unlike the first battery, a lithium pool was formed in the anode by switching the anode to an electrode made of metallic lithium and charging the anode to 70% of a maximum capacity of about 1250 mAh / g. After the pre-lithiation, the cathodes corresponding to the anode were combined.

캐소드를 제작하기 위해, 제 1 배터리의 경우에서처럼, 5wt%의 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌계 폴리머 바인더, 7wt%의 전도율 첨가제(전도성 탄소 블랙), 및 캐소드 물질로서의 88% LiCoO2로 구성된 페이스트가 채용되었다. 상기 페이스트는 전류 집전체로서 기능하는 알루미늄 포일 상으로 도포되었고 건조 후 그 위에 얇은 전극 층을 형성하였다. 처리 용매로서, N-메틸-2-피롤리돈이 사용되었다(전극 물질 4g에 대해 N-메틸-2-피롤리돈 5g).To prepare the cathode, a 5 wt% polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene polymer binder, 7 wt% conductivity additive (conductive carbon black), and 88% LiCoO 2 as the cathode material, as in the case of the first battery A paste was used. The paste was applied in an aluminum foil functioning as a current collector and dried to form a thin electrode layer thereon. As a treatment solvent, N-methyl-2-pyrrolidone was used (5 g of N-methyl-2-pyrrolidone for 4 g of electrode material).

유기 전해질이 카보네이트 기반 전해질 용매와 전도성 염으로서 리튬 헥사플루오로포스페이트를 함유하는 전해질로서 사용되었다. An organic electrolyte was used as an electrolyte containing a carbonate-based electrolyte solvent and lithium hexafluorophosphate as a conductive salt.

사전-리튬화된 애노드는 (약 1070 mAh/g의 비용량에서) 0.404mAh의 용량을 가진다. 이는 0.253mAh의 용량을 갖는 캐소드와 조합되었다. 따라서 제작된 전지는 전지 전압을 통해 제어되고, 각각 3V와 4.2V의 한계값 내에서 충전 및 방전되었으며, 명목 전지 용량은 0.253mAh였다. 0.1C의 2번의 사이클과 0.5C의 이어지는 사이클이 수행되었고, 이때 1C는 0.240mA의 전류에 대응한다. 추가 조건에 대해, 캐소드는 4.2 V의 최대 전압까지 작동하였고, 애노드는 1.5V의 최대 전압까지 작동하였다. The pre-lithiated anode has a capacity of 0.404 mAh (at a specific capacity of about 1070 mAh / g). This was combined with a cathode having a capacity of 0.253 mAh. Thus, the fabricated cells were controlled through the cell voltage, charged and discharged within the limits of 3V and 4.2V, respectively, and the nominal cell capacity was 0.253 mAh. Two cycles of 0.1 C and a subsequent cycle of 0.5 C were performed, where 1 C corresponds to a current of 0.240 mA. For further conditions, the cathode was operated to a maximum voltage of 4.2 V, and the anode operated to a maximum voltage of 1.5 V.

동일한 구성요소에도 불구하고, 도 2A 및 2B에 나타난 것처럼, 제 1 배터리와 제 2 배터리는 완전한 성능을 보였다. 애노드에 리튬 풀(lithium pool)을 생성하는 것이 제 2 배터리의 노화를 상당히 늦췄다.
Despite the same components, the first battery and the second battery showed full performance, as shown in Figures 2A and 2B. Generating a lithium pool on the anode significantly delayed aging of the second battery.

Claims (10)

포메이션된 2차 전기화학적 전지로서,
리튬을 이온의 형태로 가역적으로(reversibly) 혼입 및 방출할 수 있는 금속 화합물을 함유하는 적어도 하나의 양극(positive electrode),
리튬을 이온의 형태로 가역적으로 혼입 및 방출할 수 있는 흑연질 탄소 화합물과 리튬과 합금화될 수 있는 금속의 혼합물, 또는 상기 흑연질 탄소 화합물과 반-금속의 혼합물, 또는 상기 흑연질 탄소 화합물과 상기 금속 및 상기 반-금속의 혼합물을 함유하는 적어도 하나의 음극(negative electrode),
리튬 이온이 적어도 하나의 양극과 적어도 하나의 음극 사이에 이동할 때 통과할 수 있는 전해질, 그리고
전극에서의 혼입 또는 방출 프로세스를 위해 이용 가능한 이동 리튬(mobile lithium)을 포함하며,
리튬을 흡수하기 위한 적어도 하나의 음극의 용량이 적어도 하나의 양극의 용량보다 크고, 적어도 하나의 음극은, 전지에 함유된 전체 이동 리튬을 흡수하기 위해 필요한 용량보다 큰 용량을 갖으며, 상기 이동 리튬은 리튬을 흡수하기 위한 적어도 하나의 양극의 용량을 초과하는 양으로 전지에 함유되고, 그리고 추가의 이동 리튬이 금속 리튬에 의해 또는 음전극의 사전 리튬화에 의해 음전극을 통해 제공되는, 2차 전기화학적 전지.
As a secondary electrochemical cell formed,
At least one positive electrode containing a metal compound capable of reversibly incorporating and releasing lithium in the form of ions,
A mixture of a graphitizable carbon compound capable of reversibly incorporating and releasing lithium in the form of ions and a metal capable of being alloyed with lithium or a mixture of the graphitic carbon compound and a semi- At least one negative electrode containing a metal and a mixture of said semi-
An electrolyte capable of passing through when lithium ions move between at least one anode and at least one cathode, and
A mobile lithium available for incorporation or release processes at the electrode,
Wherein at least one negative electrode for absorbing lithium has a capacity larger than that of at least one positive electrode and at least one negative electrode has a capacity larger than a capacity required for absorbing the entire moving lithium contained in the battery, Is contained in the battery in an amount exceeding the capacity of the at least one anode for absorbing lithium and the additional moving lithium is supplied by the metal lithium or through the cathode electrode by the pre- battery.
제1항에 있어서, 상기 이동 리튬을 리튬 이온의 형태로, 또는 환원된 금속성 형태로도 함유하는, 2차 전기화학적 전지.The secondary electrochemical cell of claim 1, further comprising the mobile lithium in the form of lithium ions or in reduced metallic form. 제1항 또는 제2항에 있어서, 리튬을 흡수하기 위한 적어도 하나의 음극의 용량은 적어도 하나의 양극의 용량보다 적어도 1.2배 초과하는, 2차 전기화학적 전지.3. The secondary electrochemical cell of claim 1 or 2, wherein the capacity of at least one cathode for absorbing lithium is at least 1.2 times greater than the capacity of at least one anode. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 음극은 전지에 함유된 전체 이동 리튬을 흡수하기 위해 필요한 용량보다 1.1 내지 2배 더 큰 용량을 가지는, 2차 전기화학적 전지.The secondary electrochemical cell according to claim 1 or 2, wherein at least one negative electrode has a capacity 1.1 to 2 times larger than the capacity required to absorb the total moving lithium contained in the battery. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전지 내 이동 리튬의 양은 리튬을 흡수하기 위한 적어도 하나의 양극의 용량보다 적어도 1.1배 더 초과하는, 2차 전기화학적 전지.3. The secondary electrochemical cell of claim 1 or 2, wherein the amount of mobile lithium in the cell is at least 1.1 times greater than the capacity of at least one anode for absorbing lithium. 제1항 또는 제2항에 따르는 2차 전기화학적 전지를 적어도 1개 포함하는 배터리.A battery comprising at least one secondary electrochemical cell according to any one of claims 1 or 2. 청구항 제6항에 따르는 배터리를 제작하기 위한 방법으로서,
리튬을 이온의 형태로 가역적으로(reversibly) 혼입 및 방출할 수 있는 금속 화합물을 함유하는 적어도 하나의 양극(positive electrode),
리튬을 이온의 형태로 가역적으로 혼입 및 방출할 수 있는 흑연질 탄소 화합물과 리튬과 합금화될 수 있는 금속의 혼합물, 또는 상기 흑연질 탄소 화합물과 반-금속의 혼합물, 또는 상기 흑연질 탄소 화합물과 상기 금속 및 상기 반-금속의 혼합물을 함유하는 적어도 하나의 음극(negative electrode), 및 전해질이 전기화학적 전지에 결합되어, 전기화학적 전지를 형성하고,
리튬을 흡수하기 위한 용량과 관련하여, 적어도 하나의 음극이 적어도 하나의 양극보다 큰 용량으로 설정되고, 리튬은 리튬을 흡수하기 위한 적어도 하나의 양극의 용량을 적어도 1.2배 초과하는 양으로 전지로 도입되며, 리튬을 흡수하기 위한 용량과 관련하여, 적어도 하나의 음극은 전지에 함유된 전체 리튬을 흡수할 수 있기 위한 용량으로 설정되며, 그리고 추가의 이동 리튬이 금속 리튬에 의해 또는 음전극의 사전 리튬화에 의해 음전극을 통해 제공되는, 배터리를 제작하기 위한 방법.
A method for manufacturing a battery according to claim 6,
At least one positive electrode containing a metal compound capable of reversibly incorporating and releasing lithium in the form of ions,
A mixture of a graphitizable carbon compound capable of reversibly incorporating and releasing lithium in the form of ions and a metal capable of being alloyed with lithium or a mixture of the graphitic carbon compound and a semi- At least one negative electrode containing a metal and a mixture of said semimetals and an electrolyte are combined with the electrochemical cell to form an electrochemical cell,
Regarding the capacity for absorbing lithium, at least one negative electrode is set to a capacity greater than at least one positive electrode, and lithium is introduced into the battery in an amount that exceeds at least 1.2 times the capacity of at least one positive electrode for absorbing lithium And with respect to the capacity for absorbing lithium, at least one negative electrode is set to a capacity for absorbing the total lithium contained in the battery, and the additional moving lithium is set by metal lithium or by pre-lithization of the negative electrode Is provided through a negative electrode by means of a negative electrode.
삭제delete 제7항에 있어서, 리튬은, 애노드에서 리튬 이온을 유리(liberate)시킬 수 있는 전도성 염을 이용함으로써, 적어도 부분적으로 전해질을 통해 전지로 도입되는, 배터리를 제작하기 위한 방법. 8. The method of claim 7, wherein lithium is introduced into the cell at least partially through the electrolyte by using a conductive salt that is capable of liberating lithium ions from the anode. 삭제delete
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